日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

J-PARC muon g-2EDM 実験 検出器アライメントモニターの開発

20180324 日本物理学会第73回年次大会 東京理科大学　野田キャンパス

24pK206-6 安田浩昌 伊藤拓実A 川越清以A 久米達哉B 齊藤直人C 佐藤優太郎C 末原大幹A 高増潔D 堤裕樹A 東城順治A 西村昇一郎 三部勉C 山中隆志E

吉岡瑞樹E 他 J-PARC muon g-2EDM Collaboration 東大理 九大理A KEK機械工セB KEK素核研C 東大工D 九大RCAPPE

1

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目次J-PARC における muon g-2EDM 測定実験

陽電子飛跡検出器とEDM測定の系統誤差

検出器アライメントモニターの仕様と原理

繰り返し周波数の校正測定

長さ測定の不確かさとEDM測定への寄与の評価

今後の展望と結論

2

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J-PARC muon g-2EDM 実験 3極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

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J-PARC muon g-2EDM 実験 4極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 5極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

本研究 陽電子飛跡検出器の 　　　　検出器アライメントモニターの開発

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陽電子飛跡検出器とEDM系統誤差 6大強度パルスビームに対応した高速応答性 高計数率での安定性(~14 MHz) ミューオン崩壊によって放出される陽電子の飛跡を検出してスピン振動を観測

φ590 mm750 mm

750 mm

ベーン

250 mm

103 Detector Configuration 335

x

yz

φr

B

Figure 1012 Definition of coordinate system

Muon g-2EDM Experiment Technical Design Report Dec 15 2017

検出器の全体像シリコン ストリップ センサー

トラッキングのイメージ

EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

misalignment (本研究の目的)統計誤差 14

本研究の動機

磁場 B

~ ~a

~

区別できないEDMによるスピン 回転平面の傾き 検出器の回転

for 10-21 ecm 10 microrad以内の回転

EDM

g-2

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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目次J-PARC における muon g-2EDM 測定実験

陽電子飛跡検出器とEDM測定の系統誤差

検出器アライメントモニターの仕様と原理

繰り返し周波数の校正測定

長さ測定の不確かさとEDM測定への寄与の評価

今後の展望と結論

2

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J-PARC muon g-2EDM 実験 3極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

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J-PARC muon g-2EDM 実験 4極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 5極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

本研究 陽電子飛跡検出器の 　　　　検出器アライメントモニターの開発

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陽電子飛跡検出器とEDM系統誤差 6大強度パルスビームに対応した高速応答性 高計数率での安定性(~14 MHz) ミューオン崩壊によって放出される陽電子の飛跡を検出してスピン振動を観測

φ590 mm750 mm

750 mm

ベーン

250 mm

103 Detector Configuration 335

x

yz

φr

B

Figure 1012 Definition of coordinate system

Muon g-2EDM Experiment Technical Design Report Dec 15 2017

検出器の全体像シリコン ストリップ センサー

トラッキングのイメージ

EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

misalignment (本研究の目的)統計誤差 14

本研究の動機

磁場 B

~ ~a

~

区別できないEDMによるスピン 回転平面の傾き 検出器の回転

for 10-21 ecm 10 microrad以内の回転

EDM

g-2

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 3極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

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J-PARC muon g-2EDM 実験 4極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 5極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

本研究 陽電子飛跡検出器の 　　　　検出器アライメントモニターの開発

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陽電子飛跡検出器とEDM系統誤差 6大強度パルスビームに対応した高速応答性 高計数率での安定性(~14 MHz) ミューオン崩壊によって放出される陽電子の飛跡を検出してスピン振動を観測

φ590 mm750 mm

750 mm

ベーン

250 mm

103 Detector Configuration 335

x

yz

φr

B

Figure 1012 Definition of coordinate system

Muon g-2EDM Experiment Technical Design Report Dec 15 2017

検出器の全体像シリコン ストリップ センサー

トラッキングのイメージ

EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

misalignment (本研究の目的)統計誤差 14

本研究の動機

磁場 B

~ ~a

~

区別できないEDMによるスピン 回転平面の傾き 検出器の回転

for 10-21 ecm 10 microrad以内の回転

EDM

g-2

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 4極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 5極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

本研究 陽電子飛跡検出器の 　　　　検出器アライメントモニターの開発

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陽電子飛跡検出器とEDM系統誤差 6大強度パルスビームに対応した高速応答性 高計数率での安定性(~14 MHz) ミューオン崩壊によって放出される陽電子の飛跡を検出してスピン振動を観測

φ590 mm750 mm

750 mm

ベーン

250 mm

103 Detector Configuration 335

x

yz

φr

B

Figure 1012 Definition of coordinate system

Muon g-2EDM Experiment Technical Design Report Dec 15 2017

検出器の全体像シリコン ストリップ センサー

トラッキングのイメージ

EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

misalignment (本研究の目的)統計誤差 14

本研究の動機

磁場 B

~ ~a

~

区別できないEDMによるスピン 回転平面の傾き 検出器の回転

for 10-21 ecm 10 microrad以内の回転

EDM

g-2

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=gtAAACd3ichVHLSsNAFD2N7qquhHcBEtFEMptEXyAIOjCRRVftYJKSeJUg2kSkmmhFnAH3DhQhREi5hxh9w4SeISwVBXHibBkRFvcPMnDlzz50zM7prmb4keogoTc0trW3tHdHOru6e3lhf4bvlDxDZA3HcrxNXfOFZdoiK01piU3XE1pRt0ROP5ir7+fKwvNNx16XFVfsFLU92yyYhiaZyscG0hl1Rl3y1TE1vT0vLKmpmXwsTkkKQv0JUiGII4xlJ3aFbezCgYESihCwIRlb0OBz20IKBJe5HVSZ8xiZwb7AEaKsLXGW4AyN2QMe93i1FbI2r+s1UBt8CkWd4+VKhJ0TzV6pju6oUd67VWNahR91LhWW9ohZvvPR5ce1XVeRZYv9T9adniQImA68me3cDpn4Lo6EvH548r02vJqojdEFP7P+cHuiWb2CXX4zLFbF6iihQOr7c8E2XRyKkkr4HZxfAn2jGEYYzyc09gFgtYRpaPreAM16hF3hRVGVFGG6lKJNQM4EsoqQdOI9Oltlatexitgtltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=gtAAACl3ichVHBShtBGP5cW2vTVqO9SL0MDRa9hD+xohYKoQXx0INRo4IrYXcz6uLO7rI7CWjICQFpPSkICI+RA+96AN48BHEo4IXD7ZLEgV6zMzDffN838zYoefGmui8y+h+8bLnVerzJu37r6swODS3FQjxxZcQIviFZsK5ae68uKdrUnV8JIWsr25LK99b29v9yQUewGqLeDuWasjZ8d911LM1UNTtu1qSnLfFDjIqSKBQnTGEqS29GqqlUS4yJr6J4T5mqLlSrms1RnpIQj0EhBTmkMRdkD2GihgAO6lCQ8KEZe7AQc1tFAYSQuTU0mYsYucm+RAsZ1tY5S3KGxewWjxu8Wk1Zn9ftmnGidvgUj3vESoEROqMjuqITOqYLun2yVjOp0fayzbPd0cqw2v9zaOHmWZXiWWPzXvVfzxrrmEq8uuw9TJj2LZyOvrGze7XwZX6k+Yn26ZL979E5eUb+I1r56As538jwx9QePjcj0GlmJOUlzrvQtYleDOMjRvm5J1HCLOZQ4WN4Q9OcGp8MErGjDHbSTW6Us17BNG+Q6pxJr6ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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J-PARC muon g-2EDM 実験 5極冷ミューオンビームを使うことで先行実験の主要な系統誤差を排除

3 GeV 陽子

ビーム

表面microビーム ミューオン冷却ミューオン加速

極冷ミューオンビーム(Δptp ~ 10-5)

ミューオン蓄積リング

　　Physics 　　SMの検証(37σBNL) 　　CPの破れの探索

GOAL J-PARC E34 異常磁気モーメント(g-2) 精度 01 ppm 電気双極子モーメント(EDM) 感度 10-21ecm

陽電子飛跡検出器

J-PARC E34

ミューオン加速 大谷将士　22pK607-7 中沢雄河　22pL402-1 北村遼　　22pL402-2

陽電子飛跡検出器 山中隆志　22pK206-1 伊藤拓実　22pK206-2 堤裕樹　　22pK206-3 須江祐貴　23pK206-1

超低速ミューオン源 S Li　22pL402-1

本研究 陽電子飛跡検出器の 　　　　検出器アライメントモニターの開発

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陽電子飛跡検出器とEDM系統誤差 6大強度パルスビームに対応した高速応答性 高計数率での安定性(~14 MHz) ミューオン崩壊によって放出される陽電子の飛跡を検出してスピン振動を観測

φ590 mm750 mm

750 mm

ベーン

250 mm

103 Detector Configuration 335

x

yz

φr

B

Figure 1012 Definition of coordinate system

Muon g-2EDM Experiment Technical Design Report Dec 15 2017

検出器の全体像シリコン ストリップ センサー

トラッキングのイメージ

EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

misalignment (本研究の目的)統計誤差 14

本研究の動機

磁場 B

~ ~a

~

区別できないEDMによるスピン 回転平面の傾き 検出器の回転

for 10-21 ecm 10 microrad以内の回転

EDM

g-2

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=gtAAACd3ichVHLSsNAFD2N7qquhHcBEtFEMptEXyAIOjCRRVftYJKSeJUg2kSkmmhFnAH3DhQhREi5hxh9w4SeISwVBXHibBkRFvcPMnDlzz50zM7prmb4keogoTc0trW3tHdHOru6e3lhf4bvlDxDZA3HcrxNXfOFZdoiK01piU3XE1pRt0ROP5ir7+fKwvNNx16XFVfsFLU92yyYhiaZyscG0hl1Rl3y1TE1vT0vLKmpmXwsTkkKQv0JUiGII4xlJ3aFbezCgYESihCwIRlb0OBz20IKBJe5HVSZ8xiZwb7AEaKsLXGW4AyN2QMe93i1FbI2r+s1UBt8CkWd4+VKhJ0TzV6pju6oUd67VWNahR91LhWW9ohZvvPR5ce1XVeRZYv9T9adniQImA68me3cDpn4Lo6EvH548r02vJqojdEFP7P+cHuiWb2CXX4zLFbF6iihQOr7c8E2XRyKkkr4HZxfAn2jGEYYzyc09gFgtYRpaPreAM16hF3hRVGVFGG6lKJNQM4EsoqQdOI9Oltlatexitgt

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=gtAAACl3ichVHBShtBGP5cW2vTVqO9SL0MDRa9hD+xohYKoQXx0INRo4IrYXcz6uLO7rI7CWjICQFpPSkICI+RA+96AN48BHEo4IXD7ZLEgV6zMzDffN838zYoefGmui8y+h+8bLnVerzJu37r6swODS3FQjxxZcQIviFZsK5ae68uKdrUnV8JIWsr25LK99b29v9yQUewGqLeDuWasjZ8d911LM1UNTtu1qSnLfFDjIqSKBQnTGEqS29GqqlUS4yJr6J4T5mqLlSrms1RnpIQj0EhBTmkMRdkD2GihgAO6lCQ8KEZe7AQc1tFAYSQuTU0mYsYucm+RAsZ1tY5S3KGxewWjxu8Wk1Zn9ftmnGidvgUj3vESoEROqMjuqITOqYLun2yVjOp0fayzbPd0cqw2v9zaOHmWZXiWWPzXvVfzxrrmEq8uuw9TJj2LZyOvrGze7XwZX6k+Yn26ZL979E5eUb+I1r56As538jwx9QePjcj0GlmJOUlzrvQtYleDOMjRvm5J1HCLOZQ4WN4Q9OcGp8MErGjDHbSTW6Us17BNG+Q6pxJr6ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=gtAAACl3ichVHBShtBGP5cW2vTVqO9SL0MDRa9hD+xohYKoQXx0INRo4IrYXcz6uLO7rI7CWjICQFpPSkICI+RA+96AN48BHEo4IXD7ZLEgV6zMzDffN838zYoefGmui8y+h+8bLnVerzJu37r6swODS3FQjxxZcQIviFZsK5ae68uKdrUnV8JIWsr25LK99b29v9yQUewGqLeDuWasjZ8d911LM1UNTtu1qSnLfFDjIqSKBQnTGEqS29GqqlUS4yJr6J4T5mqLlSrms1RnpIQj0EhBTmkMRdkD2GihgAO6lCQ8KEZe7AQc1tFAYSQuTU0mYsYucm+RAsZ1tY5S3KGxewWjxu8Wk1Zn9ftmnGidvgUj3vESoEROqMjuqITOqYLun2yVjOp0fayzbPd0cqw2v9zaOHmWZXiWWPzXvVfzxrrmEq8uuw9TJj2LZyOvrGze7XwZX6k+Yn26ZL979E5eUb+I1r56As538jwx9QePjcj0GlmJOUlzrvQtYleDOMjRvm5J1HCLOZQ4WN4Q9OcGp8MErGjDHbSTW6Us17BNG+Q6pxJr6ltlatexitgt

2 microm

200 mm2= 20 microrad

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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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陽電子飛跡検出器とEDM系統誤差 6大強度パルスビームに対応した高速応答性 高計数率での安定性(~14 MHz) ミューオン崩壊によって放出される陽電子の飛跡を検出してスピン振動を観測

φ590 mm750 mm

750 mm

ベーン

250 mm

103 Detector Configuration 335

x

yz

φr

B

Figure 1012 Definition of coordinate system

Muon g-2EDM Experiment Technical Design Report Dec 15 2017

検出器の全体像シリコン ストリップ センサー

トラッキングのイメージ

EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

misalignment (本研究の目的)統計誤差 14

本研究の動機

磁場 B

~ ~a

~

区別できないEDMによるスピン 回転平面の傾き 検出器の回転

for 10-21 ecm 10 microrad以内の回転

EDM

g-2

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=gtAAACd3ichVHLSsNAFD2N7qquhHcBEtFEMptEXyAIOjCRRVftYJKSeJUg2kSkmmhFnAH3DhQhREi5hxh9w4SeISwVBXHibBkRFvcPMnDlzz50zM7prmb4keogoTc0trW3tHdHOru6e3lhf4bvlDxDZA3HcrxNXfOFZdoiK01piU3XE1pRt0ROP5ir7+fKwvNNx16XFVfsFLU92yyYhiaZyscG0hl1Rl3y1TE1vT0vLKmpmXwsTkkKQv0JUiGII4xlJ3aFbezCgYESihCwIRlb0OBz20IKBJe5HVSZ8xiZwb7AEaKsLXGW4AyN2QMe93i1FbI2r+s1UBt8CkWd4+VKhJ0TzV6pju6oUd67VWNahR91LhWW9ohZvvPR5ce1XVeRZYv9T9adniQImA68me3cDpn4Lo6EvH548r02vJqojdEFP7P+cHuiWb2CXX4zLFbF6iihQOr7c8E2XRyKkkr4HZxfAn2jGEYYzyc09gFgtYRpaPreAM16hF3hRVGVFGG6lKJNQM4EsoqQdOI9Oltlatexitgtltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=gtAAACqnichVFNaxNBGH66ftVUbaoXwctiqHgxvgmVtoJQFMRj2zS2ki1hdjNJl+7sLrOTQF32DQP9OBJQUTsv+jFs+Ch2D9Qemyhlx58s1kotqjvMDPPPPM+7zwz48aBnxiiTHrytVr12+M3yxN3Lp9Z7I8dfdtEvW1J5teFER6zRWJDPxQNo1vArkWaymUG8hVdPVcH91IHXiR+GK2YrluhK90O6njBMtcuvna4WXkrVZ47tKGE2tEod1bdVlqV1onNSqcx+atcz+4V9IVWLTtYuV6hKediXQa0AFRSxGJWwEEHETz0oSARwjAOIJBwa6EGQszcOlLmNCM35fIUGJtn7MkZwhmN3ns8apVsCGvhzWTXO3xKQF3zUob0STvtIxfadvdEhnf62V5jWGXrZ4dkdaGbcnt+83Tv+rUjwbbJyrunZoIu53KvP3uOcGd7CG+kH73eOG8+Xp9NH9ImO2P9H2qc9vkE4OPE+L8nlDyjxB9QuPvdl0KxX56u0NFNZeFn8xDge4CEe83PPYgFvsIgmH7uLHiFA+uJ1bDeWa1RqjVWaO7hj7A6vwGIEKPcltlatexitgt

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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検出器アライメントモニターの要求仕様 7

要求仕様 長さ測定の精度が1 microm以内 設置環境 高磁場(3 T) 長期間の利用(~1年) 狭い設置スペース

検出器のミスアライメントを精密にモニターすることで ミューオン電気双極子モーメントの系統誤差を抑制する

本研究の動機

検出器アライメントモニターの開発

xy

z

3 T 磁場

超電導磁石

真空容器

検出器(ベーン)

光周波数コムレーザー + 光路差掃引式干渉計

測長光路の概要図

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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光周波数コムレーザー 8光周波数コムレーザー（光コム）の特徴 パルス幅がフェムト秒のパルスレーザー 194797(comb)状の周波数構造 外部基準周波数と同期することで安定した繰り返し周波数frep を得られることに着目 ( δfrepfrep ~ 10-12 )

時間領域 周波数領域

電場 E(t) 強度

周波数 ν時間 t

τ = 1 frep frep繰り返し周波数

~ 180 fs

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=gtAAACd3ichVHLSsNAFD2N7qquhHcBEtFEMptEXyAIOjCRRVftYJKSeJUg2kSkmmhFnAH3DhQhREi5hxh9w4SeISwVBXHibBkRFvcPMnDlzz50zM7prmb4keogoTc0trW3tHdHOru6e3lhf4bvlDxDZA3HcrxNXfOFZdoiK01piU3XE1pRt0ROP5ir7+fKwvNNx16XFVfsFLU92yyYhiaZyscG0hl1Rl3y1TE1vT0vLKmpmXwsTkkKQv0JUiGII4xlJ3aFbezCgYESihCwIRlb0OBz20IKBJe5HVSZ8xiZwb7AEaKsLXGW4AyN2QMe93i1FbI2r+s1UBt8CkWd4+VKhJ0TzV6pju6oUd67VWNahR91LhWW9ohZvvPR5ce1XVeRZYv9T9adniQImA68me3cDpn4Lo6EvH548r02vJqojdEFP7P+cHuiWb2CXX4zLFbF6iihQOr7c8E2XRyKkkr4HZxfAn2jGEYYzyc09gFgtYRpaPreAM16hF3hRVGVFGG6lKJNQM4EsoqQdOI9Oltlatexitgtltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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測定原理 9光路長掃引式干渉計 光路長を変化させることで干渉縞を発生させる

検出器

光コムレーザー 発生器

ビーム スプリッター Target

Scan

青掃引光路 赤測長光路 緑基準光路

ミラー

ミラー Originガラス窓

オシロスコープ

移動

s

2timesΔL

(N 整数 s パルス間距離)

レーザーのパルス間距離の整数倍(固有値)

二つの干渉縞間の時間と 掃引光路の変位から得られる

2L = Ns+ 2Lltlatexit sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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 sha1_base64=N8ibhCFEeJDbE9jenY3cWvnRwgc=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

往復の光路長 2L

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=gtAAACl3ichVHBShtBGP5cW2vTVqO9SL0MDRa9hD+xohYKoQXx0INRo4IrYXcz6uLO7rI7CWjICQFpPSkICI+RA+96AN48BHEo4IXD7ZLEgV6zMzDffN838zYoefGmui8y+h+8bLnVerzJu37r6swODS3FQjxxZcQIviFZsK5ae68uKdrUnV8JIWsr25LK99b29v9yQUewGqLeDuWasjZ8d911LM1UNTtu1qSnLfFDjIqSKBQnTGEqS29GqqlUS4yJr6J4T5mqLlSrms1RnpIQj0EhBTmkMRdkD2GihgAO6lCQ8KEZe7AQc1tFAYSQuTU0mYsYucm+RAsZ1tY5S3KGxewWjxu8Wk1Zn9ftmnGidvgUj3vESoEROqMjuqITOqYLun2yVjOp0fayzbPd0cqw2v9zaOHmWZXiWWPzXvVfzxrrmEq8uuw9TJj2LZyOvrGze7XwZX6k+Yn26ZL979E5eUb+I1r56As538jwx9QePjcj0GlmJOUlzrvQtYleDOMjRvm5J1HCLOZQ4WN4Q9OcGp8MErGjDHbSTW6Us17BNG+Q6pxJr6ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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アライメントモニター開発の流れ 10

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

検出器アライメントモニターの開発内容

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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アライメントモニター開発の流れ 11

ミスアライメントによるEDM系統誤差のシミュレーション アライメントモニターのコンセプト決定

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成 繰り返し周波数の校正 各パラメータの測定（nair LGB ΔL） セットアップ再現性の測定

測定長さLの不確かさを評価

feta =c

2nair(LGB L)L =

c

2nairfeta+L

c 光速 nair 空気中の屈折率 feta 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

JPS2017春

JPS2017春 JPS2017秋

JPS2013秋 （西村）

JPS2015春 （西村）

IWAA2016 （久米）

検出器アライメントモニターの開発内容

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=gtAAACmnichVHLahRBFD3pqEnGR8a4CYhQOETcONwOiYlCIJiNwU1eYwLpOHTXVJIiXd1Nd81AbOYH8gNZxI2CSPAvdCPo1kU+IWQZwY0L7Q0iAb1FlV16tQ9t05VBUmoM0t0MuAMXrp8ZWh4pHL12vUbo9WbY8+zuJ1K1ZBxGKcbgZ+pUEeqYbUN1UaSKt8EoVoP9hZ6++sdlWY6jtbsfqK2jL8T6W0tfctUsrQa6nQ+qLV9ExbzAmqTwvPaqMy4dKLMGk2WEZ3y7m5pcebIVWyFNt1mtUZ2KEBeBW4IayliKq+goYUYEm0YKESwjEP4yLhtwgUhYW4LOXMpI13sK3RRYW2bsxRn+Mzu8bjDq82SjXjdq5kVasmnhNxTVgpM0Fc6pnP6ROplH78tVZe1Oh52ec56GtV0hw9GF9l+V4dli95fqn54ttjFbeNXsPSmY3i1kX995eXi++nhlIr9Hb+iMb+mErIN4g63+TbZbVyhApgPvnc18Ejcn6ozotT9Xmn5QMYzbuIv7NwzmMdTLKHBx77CB3zGF+eOs+AsOs6qc5AqbmF38JZ+wkEdpznltlatexitgtltlatexit 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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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繰り返し周波数校正の動機 12ファイバーエタロンの役割 利便性のためにパルス間隔を圧縮し 掃引光路を短くする

レーザー 発生器

~ 5 mfrep ~ 60 MHz

そのままではパルスの間隔が広く掃引光路が長くなる

レーザー 発生器

frep ~ 60 MHzファイバー エタロン

ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta ~ 12 GHz

~ 250 mm

ファイバーエタロンを通すことで掃引光路を短くできる

-gt しかし エタロンの透過特性が未知なため 繰り返し周波数を校正する必要がある

Fabry-Peacuterot 型

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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繰り返し周波数fetaの校正 13長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=gtAAACqXichVHLahRBFD1pX3F8ZKIbIZvGIeJCxjuNoBGEYBBcJhPHDKbDUF2pSZp0dTfVNQOx6RwB1y4SiCI5DOyyTYLF9EvEJcR3LjwTk9DiEG9RVWdOnXPrVNVQRqFmSU6nnAuXLx0+crk1dq16zduTtWnb73OkoGRqiOTKDHdQGQqCmPVsaGNVDc1SuggUivB1sJof2WoTBYm8Su7nao1LTbisB9KYZnq1V4fSNk7vmur4XdNDr39cDVRZF7RKek1oX70PUK95nr0dlcI9aLXr1BTSrDPQ9aFWigisWkhE+1pFAYgANhRiWcQSBjNsqWiCkzK0hZ84wCst9hQI11g44S3GGYHaLxw1erVZszOtRzaxUSz4l4m5Y6WKWPtMnOqFD2qdv9OuvtfKyxsjLNsBWKvS3tS7O8s6vSPFtsnqr+6dmijyel15C9pyUzuoUc64dv358sP23P5vdol76zx06pgO+QTz8IfeWVPsDavwBrT+f+zzoeM25Ji09aswr35iEjO4iv83I8xj5dYRIeP3ccRvuCr88BpO13nzTjVmag0t3EmHPkb8hujng==ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=gtAAACqXichVHLahRBFD1pX3F8ZKIbIZvGIeJCxjuNoBGEYBBcJhPHDKbDUF2pSZp0dTfVNQOx6RwB1y4SiCI5DOyyTYLF9EvEJcR3LjwTk9DiEG9RVWdOnXPrVNVQRqFmSU6nnAuXLx0+crk1dq16zduTtWnb73OkoGRqiOTKDHdQGQqCmPVsaGNVDc1SuggUivB1sJof2WoTBYm8Su7nao1LTbisB9KYZnq1V4fSNk7vmur4XdNDr39cDVRZF7RKek1oX70PUK95nr0dlcI9aLXr1BTSrDPQ9aFWigisWkhE+1pFAYgANhRiWcQSBjNsqWiCkzK0hZ84wCst9hQI11g44S3GGYHaLxw1erVZszOtRzaxUSz4l4m5Y6WKWPtMnOqFD2qdv9OuvtfKyxsjLNsBWKvS3tS7O8s6vSPFtsnqr+6dmijyel15C9pyUzuoUc64dv358sP23P5vdol76zx06pgO+QTz8IfeWVPsDavwBrT+f+zzoeM25Ji09aswr35iEjO4iv83I8xj5dYRIeP3ccRvuCr88BpO13nzTjVmag0t3EmHPkb8hujng==ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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繰り返し周波数fetaの校正 14長さ基準利用し繰り返し周波数fetaを校正する ゲージブロック（長さ基準125 mm） 特徴寸法が正確 耐久性がある 測定面が密着する ゲージブロックは003 micromの不確かさで校正されている ゲージブロックの両端にガラス板をリンギング（接着）

掃引光路

測長光路

測長光路を横から見た図

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）測定距離 L

長さ基準系

光コムの干渉縞

掃引光路のステージの変位

L

実際に観測される干渉縞

二つの干渉縞間の距離 ΔLが測定できる

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

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0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=gtAAACqnichVFNaxNBGH66ftVUbaoXwctiqHgxvgmVtoJQFMRj2zS2ki1hdjNJl+7sLrOTQF32DQP9OBJQUTsv+jFs+Ch2D9Qemyhlx58s1kotqjvMDPPPPM+7zwz48aBnxiiTHrytVr12+M3yxN3Lp9Z7I8dfdtEvW1J5teFER6zRWJDPxQNo1vArkWaymUG8hVdPVcH91IHXiR+GK2YrluhK90O6njBMtcuvna4WXkrVZ47tKGE2tEod1bdVlqV1onNSqcx+atcz+4V9IVWLTtYuV6hKediXQa0AFRSxGJWwEEHETz0oSARwjAOIJBwa6EGQszcOlLmNCM35fIUGJtn7MkZwhmN3ns8apVsCGvhzWTXO3xKQF3zUob0STvtIxfadvdEhnf62V5jWGXrZ4dkdaGbcnt+83Tv+rUjwbbJyrunZoIu53KvP3uOcGd7CG+kH73eOG8+Xp9NH9ImO2P9H2qc9vkE4OPE+L8nlDyjxB9QuPvdl0KxX56u0NFNZeFn8xDge4CEe83PPYgFvsIgmH7uLHiFA+uJ1bDeWa1RqjVWaO7hj7A6vwGIEKPcltlatexitgt

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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繰り返し周波数校正における不確かさ 15繰り返し周波数校正における不確かさの要因

不確かさ要因 各不確かさ feta不確かさ[GHz] 寄与率 []

長さ基準系 LGB

寸法差幅 003 microm

18times10-5

lt 02

11校正不確かさ 0017 microm lt 01

熱膨張係数 0008 microm lt 01

測定温度 02 microm 11

セットアップ再現性 19 microm 961

空気の屈折率 nair 09times10-6 11times10-6 04

干渉縞間の距離 ΔL 03 microm 29times10-6 24

合計 19 times 10-5 (100)

セットアップ再現性による不確かさが大きく影響

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長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

ltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgtltlatexit sha1_base64=bgFuHwX6mv9sfskkaRW57nGJifQ=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ltlatexitgt

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=gtAAACmnichVHLahRBFD3pqEnGR8a4CYhQOETcONwOiYlCIJiNwU1eYwLpOHTXVJIiXd1Nd81AbOYH8gNZxI2CSPAvdCPo1kU+IWQZwY0L7Q0iAb1FlV16tQ9t05VBUmoM0t0MuAMXrp8ZWh4pHL12vUbo9WbY8+zuJ1K1ZBxGKcbgZ+pUEeqYbUN1UaSKt8EoVoP9hZ6++sdlWY6jtbsfqK2jL8T6W0tfctUsrQa6nQ+qLV9ExbzAmqTwvPaqMy4dKLMGk2WEZ3y7m5pcebIVWyFNt1mtUZ2KEBeBW4IayliKq+goYUYEm0YKESwjEP4yLhtwgUhYW4LOXMpI13sK3RRYW2bsxRn+Mzu8bjDq82SjXjdq5kVasmnhNxTVgpM0Fc6pnP6ROplH78tVZe1Oh52ec56GtV0hw9GF9l+V4dli95fqn54ttjFbeNXsPSmY3i1kX995eXi++nhlIr9Hb+iMb+mErIN4g63+TbZbVyhApgPvnc18Ejcn6ozotT9Xmn5QMYzbuIv7NwzmMdTLKHBx77CB3zGF+eOs+AsOs6qc5AqbmF38JZ+wkEdpznltlatexitgtltlatexit 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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ精度を角度精度に換算0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

長さ測定精度δLとEDM系統誤差の評価 16測長長さLの不確かさδLアライメントモニターの 測長光路長 125 mm

2 microm測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

測長パス(125 mm) のδL

誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Misalignment 2統計誤差 14

200 mm

測長パス 125 mm

Misalignmentによる系統誤差 ~ 統計誤差(10-21ecm)-gt 測定精度向上の必要有

1250

20

L(125 mm) = 2 micromltlatexit sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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 sha1_base64=k8oxNCelAuJ1EwvREbhp40jjPI8=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

2 microm

200 mm2= 20 microrad

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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

セットアップ再現性の考察 17ファイバーエタロン校正の不確かさのほとんどがセットアップ再現性 セットアップの再現性は リンギング環境光軸のアライメントに依存

測定距離の不確かさδL [microm]

測定距離L [mm]

現在のセットアップ再現性 19 microm

理想的なリンギングによる セットアップ再現性

001 microm

セットアップ再現性改善によって得られる系統誤差

Origin (ガラス板）

Target (ガラス板）

リンギング（密着）による不確かさは 001 microm程度に抑えられることが知られている

Ref 小須田哲雄 ブロックゲージの基礎と応用 精密工学会誌 Vol 79 No 8 pp743‒749 2013

1250

2

4

05 microm

200 mm2= 5 microrad

ltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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 sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=gtAAACqnichVFNaxNBGH66ftVUbaoXwctiqHgxvgmVtoJQFMRj2zS2ki1hdjNJl+7sLrOTQF32DQP9OBJQUTsv+jFs+Ch2D9Qemyhlx58s1kotqjvMDPPPPM+7zwz48aBnxiiTHrytVr12+M3yxN3Lp9Z7I8dfdtEvW1J5teFER6zRWJDPxQNo1vArkWaymUG8hVdPVcH91IHXiR+GK2YrluhK90O6njBMtcuvna4WXkrVZ47tKGE2tEod1bdVlqV1onNSqcx+atcz+4V9IVWLTtYuV6hKediXQa0AFRSxGJWwEEHETz0oSARwjAOIJBwa6EGQszcOlLmNCM35fIUGJtn7MkZwhmN3ns8apVsCGvhzWTXO3xKQF3zUob0STvtIxfadvdEhnf62V5jWGXrZ4dkdaGbcnt+83Tv+rUjwbbJyrunZoIu53KvP3uOcGd7CG+kH73eOG8+Xp9NH9ImO2P9H2qc9vkE4OPE+L8nlDyjxB9QuPvdl0KxX56u0NFNZeFn8xDge4CEe83PPYgFvsIgmH7uLHiFA+uJ1bDeWa1RqjVWaO7hj7A6vwGIEKPcltlatexitgtltlatexit sha1_base64=CBezv+ZnaAGisxf3WbRp53H64=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

dmicro = 05 1021 e middot cmltlatexit sha1_base64=SS6oYco5iYZ3+fk8y3Kzm4d3A0c=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日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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今後の展望 18アライメントモニターの開発 長さ測定 L の精度評価（本研究） コンパクト化に向けたガラスボールレンズ干渉計の開発

３次元測定に向けたスイッチングシステムの開発

検出器ベーンへの実装と試験 本実験での稼働

複数方向のビームコリメータ 複数方向のビームリフレクター

光スイッチ (SW)

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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結論 19

ゲージブロックを利用することでfetaを校正した 校正によって期待される絶対距離L 測定の不確かさは

δL (125 mm) = 2 microm 検出器傾き精度と期待されるミューオンEDMの系統誤差

　δdmicro = 2 times 10-21 ecm セットアップ再現性を向上することで 長さ測定の精度を向上できる 今後は実機に向けた要素開発を行っていく

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

BACK UP

20

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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セットアップ再現性環境要因 21環境要因について室内の環境と空気の屈折率の不確かさへの影響は以下の通りである[ ref 寺田 長さ標準レーザー測長における真空及び待機の影響 J Vac Soc Jpn Vol 52 No6 pp347-350 (2009) ]

室温1 ppm 気圧027 ppmhPa 湿度007 ppm(10)

現在モニターできている精度とそれに対する測定長さの不確かさ （基準長さ 250 mmとして計算） 室温08 -gt 02 microm 気圧2 hPa -gt 018 microm 湿度4 -gt 006 microm

これらはどれもセットアップ再現性の不確かさ2 micromに達していない-gt 環境変化による空気の屈折率由来であることは考え難い 掃引光路モニターなど他の要素が環境の影響を受けている可能性がある

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

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00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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セットアップ再現性光軸のアライメント 22セットアップ再現性の考察について セットアップ再現性の約2 micromの不確かさについてリンギング光軸のアライメント環境要因の三つが原因であると考えた 光軸のアライメントについて 約2 micromの影響によって光軸のアライメントが異なる場合は角度にして

平面板の平行度は3rsquo以下であることから45 mrad( = 15rsquo)よりも小さい -gt ガラス板の平面度は2 micromの乖離に影響してこない コリメーターのあおり角度調整の分解能は039deg回転(=23rsquo)である回転は調整ネジの回転を意味するこのためあおり角の調整は15rsquoよりも十分小さくできると考えている-gt コリメーター角度の調整は2 micromの乖離に影響してこない 以上から2 micromの不確かさは光軸のアライメント由来であることは考え難い

約200 mm

約200 mm + 2 microm

sqrt((200002 microm)^2 - (200000microm)^2) = 8944 microm

894 microm

45 mrad

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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本研究の目的 23本干渉計で測定できる長さ L

N 整数 c 光速 nair 空気中の屈折率 frep 繰り返し周波数 ΔL 二つの干渉縞間の距離

測長可能な光周波数コムレーザー干渉計を作成し 測定長さLの精度を評価する

本研究の目的

L =Nc

2nairfrep+L

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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EDM測定の系統誤差要因 24EDM測定の系統誤差の見積もり誤差要因 dmicro (times10-21)[ecm]

Axial E-field 10-3

Radial B-field 10-5

Detector misalignment (本研究の目的)

統計誤差 14

本研究の動機

検出器の回転

EDMによるスピン 回転平面の傾き

~ ~a

区別できない

磁場 B~

J-PARC E34 実験の特徴 ビーム広がりが小さい-gt 弱い収束磁場-gt 電磁場による系統誤差への 影響が少ない

検出器の傾きを知る必要がある

EDM測定の系統誤差を理解する

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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検出器ミスアライメントとEDM測定の系統誤差検出器の傾きによるEDM信号のシミュレーション 目標EDM感度10-21[ecm]に必要な傾きは φ軸 10 microrad 以内

25検出器ミスアラインメントと偽EDM信号の関係

bull EDM = 0 ecmで検出器が一律に傾いた場合の上下非対称度をシミュレートした (西村JPS 2013S)

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1254 998Prob 5448e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 5255e-07 offset 1245e-06plusmn -2116e-06

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0001

0

0001

0002

0003

0004

ndf 2χ 1764 998Prob 2803e-45Asymmetry 00000017plusmn 00002409 offset 0000001plusmn 0001658

up down asymmetry

13

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 2745 998Prob 0Asymmetry 1725e-06plusmn -1102e-05 offset 00000012plusmn 00003412

up down asymmetry

13

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0002

-0001

0

0001

0002

ndf 2χ 1259 998Prob 3112e-08Asymmetry 1725e-06plusmn 7572e-07 offset 1245e-06plusmn -2159e-06

up down asymmetry

13

0002

no signaloscillate but phase is different

fake EDM

全体回転 1 mrad

z軸回転 1 mrad

r軸回転 1 mrad

φ軸回転 1 mrad

time (micros)

no signal

r

z ベーン支柱

x

y

r

zz

r

time (micros) time (micros) time (micros)

up d

own

asym

met

ry A

UD

φ

dmicro ~ 10-19 ecm

Ref 西村昇一郎 東京大学大学院理学系研究科修士論文 (2014)

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検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器位置の要求精度検出器位置の要求精度の見積もり 検出器の傾き要求　10 microrad 200 mmの検出器幅に対する検出器位置のズレは1 microm

26

200 mm 200 mm

検出器 10 microrad回転

測長パス 200 mm

10 microrad 200 mm2 = 1 microm

200 mm測長パスに対して 1 microm の測定精度が必要factor 2はベーン中心で傾いていると仮定

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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セットアップ 27ファイバーエタロンによってパルス間隔を圧縮 CIRとFBSがビームスプリッターの役割 掃引光路モニターでScanミラーの変位をモニター

ガラス窓 ミラー

掃引光路モニター

Scan掃引光路

測長光路

光コムレーザー発生器

サーキュレーター

(CIR)

ファイバービーム

スプリッター(FBS)

ls

l0

l

ファイバーエタロン

（周波数変調ファイバ 12GHz)

Origin Target

光検出器 オシロスコープ

ミラー

解析 PC

オシロスコープ

干渉縞のピーク時間 +

掃引光路の変位-gt干渉縞間 の距離 ΔL

基準干渉計

(相対距離比較測定で使用)

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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セットアップの写真 28

掃引光路

測長光路

Scanミラー TargetミラーOrigin ガラス窓

掃引光路モニター 基準干渉計

測長距離 L光コムレーザーの仕様 中心波長　　　　15591 nm 発信出力　　　　610 mW 繰り返し周波数　5945 MHz パルス幅　　　　180 fs

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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掃引光路用自動ステージと掃引光路モニター 29掃引光路モニターと掃引光路自動制御計 市販レーザー変位計と自動ステージを利用し 掃引光路の走査と変位測定を行う

掃引光路自動制御系掃引光路モニター

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

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00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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ファイバーエタロンの原理Fabry-Peacuterot 型ファイバーエタロン 両端に反射コーティングが施された光ファイバー

30

ファイバーエタロンを使うことでfrepを高周波FSRにできる

F =

4R

(1R)2

ItI0

=1

1 + F sin2(2)

入射光 I0 と透過光 It の強度比 ( R反射率 δ位相差 )

frep周波数

強度

FSR

透過曲線

自由スペクトル幅(FSR)

FSR =c

2nd

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feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

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使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

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相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

feta 校正の必要性 31ファイバーエタロン透過後の繰り返し周波数 feta 高反射率(~99)を使用 -gt 透過光の強度が小さい 低反射率(85)を使用 -gt 透過曲線の幅が広い 複数の周波数が影響 -gt fetaの値を決める必要

F =

4R

(1R)2

Fiber etalon (FSR=12 GHz)

frep feta

測定可能 未知

5945 MHz near 12 GHz

校正する必要がある

透過曲線の幅 F ( R 反射率 )

周波数

強度

FSR(設計値)

freptimesn freptimes(n+1)freptimes(n-1)

feta

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324Time[sec]

00015minus 0001minus 00005minus 0 00005 0001 00015 0002 00025

Res

cale

d Vo

ltage

[V]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Fringe after Low Path Filter

電圧[V]

解析手法 32オシロスコープで得られる信号 掃引光路モニターと基準干渉計で測定した長さは設定値に対応した電圧値として得られる 20ms

40mV=80microm

掃引光路モニターScanの移動量 設定値 2mmV

光検出器での 光コムの干渉縞

基準干渉計 Targetの変位 設定値 5micromV

①干渉縞にFFTを行いローパスをかけることで包絡線を取り出す②微分値が正から負になるピーク時間を求める③ピークと同時刻のScanミラーの移動量を読む

実際に得られた信号

解析手法 ① ②

③④

④Scanミラーの移動量の差をΔLを求めた

L Scanの移動量

干渉縞の 包絡線

ローパス後の信号　　　　　　　

時間[sec]

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

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ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

使用したゲージブロック(Mitsutoyo) 呼び寸法125 mm 材質セラミックス 熱膨張係数α9219times10-6 K 校正証明書付（1706391号）

ゲージブロックの温度補正 33ゲージブロックは温度補正をして扱うものである 今回使用するゲージブロックは+1 で1 microm程度膨張するもの 温度勾配も考慮するために2つの白金測温抵抗体を使用 測定した結果温度は 2196 plusmn 017 であった

CH1（表） CH2（裏）

CH1 CH2

白金測温抵抗体 林電工製 RZM(TF)-1TF(001)+2TF(02)-A JIS-A級相当

白金測温抵抗体 オメガエンジニアリング SA1-RTD-120 JIS-A級相当

断熱材（測長光路）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

ゲージブロック長さの不確かさ 34ゲージブロックの長さ

不確かさ要因の表(包含係数 k=1)

目標の不確かさ(1microm)を満たす長さ基準を用意できたLGB = 125 0024 plusmn 02 microm

不確かさ要因 不確かさ 長さの不確かさ[microm]

寸法差幅 003 microm 003

校正不確かさ 0017 microm 0017

熱膨張係数の不確かさ(α) 0018times10-6 K 0008

測定温度の不確かさ(T) 017 K 02合成標準不確かさ 02 （＜目標値 1 microm）

LGB = 125 mm + 011 microm + 226 microm( 2196 )呼び寸法 中央寸法差 温度補正

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

相対距離比較測定の結果 35

L(ONOSOKKI) [um]0 10 20 30 40 50

L(O

C) -

L(O

NO

SOKK

I) [u

m]

06minus

04minus

02minus

0

02

04

06

L(OC) - L(ONOSOKKI) vs L(ONOSOKKI)

1microm

L(OC) around average [um]15minus 1minus 05minus 0 05 1 150

2

4

6

8

10

12

14

Distribution of L(OC) around average

Entries 60 RMS 032microm

　　　　　　　　　　　　光コムと基準干渉計で測定した変位の差光コムの測定データのバラつき

標準偏差は 032 plusmn 004 microm １回当たりの測定(統計)精度は要求を満たしている

各測定点の間のRMSは021 plusmn 09microm 50micromの可動域に対して目標の精度を達している

平均値まわりの光コムでの測定値[microm] 基準干渉計での測定値[microm]光コムと基準干渉計の測定値の差[microm]

相対距離比較測定で得られたデータを解析した結果

２つの干渉縞間の距離ΔLの不確かさは δΔL = 03 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

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EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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長さ基準系の不確かさゲージブロックのセットアップ再現性試験 再現性を高めるため 以下の手順で組み立てた

36

５回測定を行い 19 microm (RMS) のばらつきがあった 長さ基準系の不確かさは δLGB = 19 microm

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空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

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繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

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光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

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現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

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シリコンストリップセンサーの仕様 41

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検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

空気中の屈折率nairの不確かさ 37温度湿度気圧をモニターしCiddorの式から空気中の屈折率を求めた（CO2は 450 ppm（標準大気）と仮定） 温度湿度気圧計の不確かさが空気の屈折率の不確かさを占めている

nair -1 = (2647 plusmn 09) times 10-6相対不確かさ δnairnair = 09 times 10-6

0830 2254 0830 2256 0830 2258

44

46

48

50

52

54

0830 2254 0830 2256 0830 2258

1004

1005

1006

1007

1008

0830 2254 0830 2256 0830 2258205

21

215

22

225

日時 日時 日時

RH hPa湿度 温度 気圧

屈折率への寄与 041times10-7

屈折率への寄与 73times10-7

屈折率への寄与 53times10-7

測定機器の精度 4RH 08 2hPa

plusmn 4RH plusmn 08plusmn 2hPa

60 sec

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

繰り返し周波数frepの不確かさ 38遠隔時間校正標準器と同期することで安定したfrepを得ることができる

光コムの繰り返し周波数　59452 439 999 98(14) [MHz]

遠隔時間校正標準器 周波数安定性 Δff lt 2times10-12 1 sec

周波数カウンター Signal Generator

光コムパルスレーザー発生器

RF 同期信号内蔵PDからの信号

クロックの同期 クロックの同期

04minus 03minus 02minus 01minus 0 01 02 03 04 053minus10times0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Distribution

繰り返し周波数の中心値まわりの分布 [mHz]

Entries 300 SD 14times10-10 MHz

同期した繰り返し周波数frepの分布

相対不確かさ 30 times 10-12 -gt feta校正に影響しない

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

光周波数コムレーザーの発生原理モード同期法 広いスペクトル幅を持つレーザー媒質と共振器を利用

39

強度

時間

レーザー媒質 変調素子

共振器長 L

1frep

I =

E21

2

+

E22

2

+

E1E2

2

Z D

0dt cos[(1 2)t+ 1(t) 2(t)]

位相非同期

位相同期

位相を同期することで 強いパルス光が得られる

（2-modeの場合）

（30-modeでシミュレーション）

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

現在の電気双極子モーメントの測定値電子の電気双極子モーメント de(SM) de(exp)

電子EDMの上限から期待されるミューオンのEDM

質量比の３乗でスケールされるならば発見できる可能性有

40

de(exp) lt 087 times 10-28 ecm CL = 90

de(SM) ~ 10-38 ecm

dmicro(exp) lt (mmicrome) de ~ 10-26

dmicro(exp) lt (mmicrome)2 de ~ 10-24

dmicro(exp) lt (mmicrome)3 de ~ 10-22

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

シリコンストリップセンサーの仕様 41

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器の傾きと偽EDM信号の関係 42４つのパターンの傾き方にて 検出器角度を変えてEDM信号の大きさをシミュレーションした 最も影響するのは EDMによるスピン回転面の傾きと同じφ軸回転である 目標感度 10-21 ecm よりも低い偽EDM信号にするには10 microradよりも小さい傾きの必要がある

図 414 シミュレーションで得られた検出器の傾き角度と fake EDMの大きさの関係の結果

50

検出器回転角度 [mrad]

偽EDM信号の大きさ [ecm]

表 42 4種類の傾き方での傾きの大きさとAEDMの大きさ傾き方 傾けた角度 AEDM 相当する EDMの大きさ dmicro

検出器全体回転 100 mrad (32 plusmn 17) times 10minus6 15 times 10minus21 e cm

10 mrad (10 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

r軸回転 1 mrad (minus11 plusmn 02) times 10minus5 50 times 10minus21 e cm

01 mrad (minus06 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

001 mrad (04 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

0001 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

φ軸回転 1 mrad (241 plusmn 002) times 10minus4 110 times 10minus19 e cm

01 mrad (246 plusmn 017) times 10minus5 11 times 10minus20 e cm

001 mrad (30 plusmn 17) times 10minus6 14 times 10minus21 e cm

0001 mrad (07 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

z軸回転 100 mrad (005 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

10 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

1 mrad (05 plusmn 17) times 10minus6 lt 13 times 10minus21 e cm (90 CL)

となるのでAEDMAmicroωの値にフィッティングの結果を代入して求めたこの結果から r軸回転は位相が π2ずれているが振動しφ軸回転はEDM信号と同じ振動が現れるこれら二種類の傾き方はEDM信号を乱す原因となることが分かった検出器全体回転と z軸回転は 1 mradでは影響が見られなかった次に設置するべき精度を詳細に調べるため影響の大きな r軸回転φ軸回転

については 01 mrad001 mrad0001 mradの小さな角度で傾け1 mradでは影響が見られなかった検出器全体回転と z軸回転については 10 mrad100 mrad

の大きな角度で傾けて影響を調べたそれぞれの傾け方と角度とAEDMのフィッティング結果を表 42と図 414にまとめた AEDMの誤差は統計誤差とフィッテイング誤差であるミューオン EDM の目標測定感度は dmicro = 10minus21 e cmでありfake EDM の大きさが傾く角度の大きさに単純に比例すると仮定すると検出器全体回転は 100 mrad以下r軸回転は 02 mrad以下φ軸回転は 001 mrad以下の精度で設置する必要がありz軸回転は 100 mrad の回転でも fake EDM信号を出さないことが分かった

49

ref 西村昇一郎 修士論文 東大理

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

EDMと上下非対称度の関係式 43EDM信号は上方向と下方向に放出される陽電子数の非対称度AUDとして得られる

AUD

=N

up

Ndown

Nup

+Ndown

AUD =

AEDM sin(t+ )

1 +A cos(t+ )

非対称度の振動はg-2の信号と同じ周波数であるが 位相はπ2ずれたものとして得られる

EDM測定の統計誤差 13 times 10-21 ecm に対応する AEDMの大きさは AEDM ~ 16 times 10-6

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

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三次元測長の光路 44必要なパスの数（見積もり）

対向する１組２枚のベーン ベーン上の６点 ６つの参照点 -gt 12点 30パス

対向する24組48枚のパス ベーン上の6点 times 24 ６つの参照点 -gt 150点 444パス

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検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

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46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

検出器構造 45検出器構造

bull 以上をもとに実機の構造設計開始

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 10

センターポールGFRP (G10)製

冷却ブロック

冷却管

内側に鉛の遮蔽材

１ベーン

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1

日本物理学会第73回年次大会東京理科大学安田 浩昌 20180324

46組み立て工程の開発

bull 実機の構造を踏まえて組み立て工程の開発を行うndash 最も厳しい要求はEDM測定での系統誤差を10-21 ecm以下に抑えることAEligセンサーの傾きを10 μrad以下に抑えるbull 検出器アライメントモニターの開発安田(東大理)本学会 24pK206-6

ndash これを~100 mmのサイズで実現するため1 μmの精度を目指した検出器組み立て工程を開発中

bull 1センサーから成る検出器を実機仕様の工程で組み立てAElig組み立て冶具の開発組み立て精度の確認

2018年3月22日 日本物理学会2018年次大会 11

リジッド基板+冷却板+

ASICフレキシブル基板接着

ボンディング

接続基板接着

ボンディング

ASIC動作確認

センサー 位置決め

センサー+ベース接着

三次元座標測定

センサーベース +

読み出し回路基板接着

センサーフレキシブル基板

接着

ボンディング

動作試験

保管

Ref 山中隆志（九大RCAPP） 22pK206-1